換一個位置，地球上還會有生命嗎？

雖然銀河系中有數千億顆恆星，其中許多恆星系統都有地球大小的行星，表面有足夠的液態水存在，在整個銀河系有生命存在的機會很大。至少這是我們根據已知而假設的，但地球所處的位置環境難道不可能使生命在地球上生存和繁榮昌盛的方式變得非常特別嗎？

一個有生命的行星毫無疑問會經歷災難和滅絕事件，如果生命要在一個星球上生存和繁榮，它必須擁有正確的內在條件和環境條件才能使它成為現實。圖片：美國宇航局戈達德太空飛行中心

博科園-科學科普：如果太陽系在銀河系旋臂上形成更遠一點的話，會發生什麼事呢？如果在臂頂端又會發生什麼？如果，從理論上說太陽系在那裡，而不是銀河系中心的巨大黑洞呢？會不會有重大的氣候差異？生命能誕生並延續活下來嗎？帶著這些諸多問題的疑問，下面一起看看事情會有多大的不同？

這是一幅原行星盤的插圖，行星首先在盤上形成，當形成時在盤上形成「空隙」。外層圓盤提供的物質最終形成了像地球這樣的行星地幔、外殼、大氣層和海洋。圖片：NAOJ

在太陽系裡，科學家對它在過去45億年里是如何發生及演化的了解得比較多。具有一定量富集的氣體分子雲（含有約2％質量的重元素）以及~28％的氦和~70％的氫形成新恆星。其中之一就是我們的太陽，在太陽周圍形成了一個原行星盤，幾乎所有的恆星都是如此。在幾百萬年到數千萬年的時間裡，熾熱的太陽將內盤中的物質蒸發掉，而外部較冷的物質則在原有的核心周圍脫落並累積起來。

最龐大、最巨大的行星具有大量最輕的元素(氫和氦)（即氣態行星），而較小的岩態行星則沒有。引力相互作用，決定了今天的太陽系。關於地球和太陽系的許多屬性看起來都很特別，但它們可能對生命不是必要的。與太陽系中的所有其他岩態行星不同，地球有一個巨大的衛星月球，它會與之產生潮汐力並使地球軸向傾斜保持穩定。與許多其他恆星系不同，我們的太陽系有一顆巨星（木星） 略高於小行星帶所在的位置。與銀河系中的大多數恆星不同，太陽位於螺旋臂的外圍，離銀河系中心約25000光年。

銀河系的結構已經很好地繪製出來，包括太陽的位置，目前尚不清楚銀河系的哪些恆星和區域能夠支持生命存在。圖片：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt; Wikimedia Commons user Cmgle

在地球誕生45億年的時間裡：生命的誕生，繼續生存和進化，發展出更複雜、更多樣化、更多信息的DNA編碼。地球生命經歷了大量的大規模滅絕事件，其中大部分是未知的，或者僅僅是推測性的原因。儘管世界上有30%到70%的物種在不同時期被滅絕，最近的一次是從6500萬年前一顆巨大的小行星撞擊而來，但地球上存在生命從未動搖過。隨著時間的推移，地球上生命的存在也將繼續。

圖為在各種時間間隔內滅絕的物種百分比。已知最大的滅絕是大約2.5億年前的二疊紀 - 三疊紀邊界，其原因尚不清楚。6500萬年前最近發生的極端大規模滅絕導致世界上大約30％的物種滅絕。圖片：Wikimedia Commons user Smith609, with data from Raup & Smith (1982) and Rohde and Muller (2005)

然而在地球所具有的所有特徵中，哪些是生命所必需的？哪個星球的生命歷史和地球不同，但一切都是可能的？直到我們真正找到地球以外的生命之前，在太陽系以外的行星上，像這樣的問題不可避免地會基於推測。但這不僅僅是猜測，這些都是可以利用人類目前掌握最好的科學作出理論陳述。基於人類所知道的一切，使生命成為可能的條件似乎比大多數人想像的要多樣化和靈活得多。

圖為當地球的北極最大程度地偏離太陽時，它最大程度地傾向於滿月，位於地球的另一側。月球穩定了地球的軌道，但也減緩了地球的自轉速度。目前尚不清楚這樣的月球（衛星）是否是地球發展或維持生命所必需的。圖片：國家天文台ROZHEN

以地球的衛星月亮為例，隨著時間的推移引力使地球在同一軸上旋轉。地球目前的軸向傾斜度為23.5度，但這將在未來很長的時間尺度內變化，介於22.1°和24.5°之間。另一方面，像火星這樣的行星具有與地球幾乎相同的軸向傾斜：大約25°。但是在數千萬年的時間裡，它的變化量將是地球的十倍：從最小13°到最大40°。

這將導致火星上不同緯度的氣候發生巨大變化，遠遠超過任何冰河時代將在地球上傳播的氣候。但只要生命能夠在長期溫度變化中存活或遷移到更溫和的氣候區，這不應該是一個破壞者。有趣的是，來自月球的潮汐力也減緩了地球一天的時間：在過去40億年中從大約8小時減緩到24小時（自轉周期），這似乎根本沒有影響生命，或者說沒有特彆強烈的影響，也或者生命在這個過程中逐漸適應了這樣的變化。

圖為主帶中存在的小行星和木星周圍的特洛伊小行星可以被巨行星引導，但是木星是否會導致更多或更少的小行星穿過地球軌道路徑，而不是沒有這樣的巨行星所能看到的太陽系？圖片：Nature

這與太陽系中木星的情況非常類似，當然，傳統觀點認為木星會「清除」小行星帶，使小行星與地球碰撞的可能性大大降低。但實際上圍繞這個問題存在很多爭論。例如，考慮以下問題：木星引力的存在是否會增加或減少小行星飛往地球的可能性？木星的行為就像一種擾動力，隨機地向附近任何天體施加額外力導致加速，許多小行星將被踢出，但許多其他穩定的小行星可能會變得有潛在危險。在生命的宇宙方程中，並不確定這是凈正還是負的。

圖為銀河系和周圍天空中的恆星密度圖，清晰顯示銀河系，大小麥哲倫雲，如果你仔細觀察，可以看到SMC左側的NGC 104，NGC 6205略高於左側和左側銀河核心，NGC 7078略低於此。總而言之，銀河系在其盤狀範圍內包含大約200-400億顆恆星，太陽距中心約25000光年。圖片：ESA/GAIA

此外關於哪些恆星可以支持生命存在巨大的爭論，不僅不需要過於龐大和短暫，而且可能需要比某個臨界值更大。宇宙中大多數恆星（大約80％）是紅矮星。它們具有低光度，可以快速鎖定行星，並發出頻繁的大型耀斑。周圍的生命是否可能，還是生命需要一顆質量更大、更像太陽的恆星？

那地球在銀河系中的位置呢？可以合理地談論一些事情，比如重元素的存在和豐富度。為了讓岩石行星具有有利於生命的成分，相信生命需要足夠的重元素存在。沒有這些重元素，也只能是氣態行星，而地球不可能擁有創造生命所需的碳基化合物多樣性。

圖為銀河系中心多波長視圖顯示了恆星，氣體，輻射等。那裡有大量的物質，包括重元素和有機化合物，它們是生命必需的前題。然而它們也必須存足夠多的豐富，否則生命將是不可能的。圖片：NASA/ESA/SSC/CXC/STScI

但那裡的臨界值是多少？是否需要豐富的重元素才能使其發揮作用？一半的丰度仍然可以嗎？10％呢？1％？可以繪製出重元素丰度圖（天文學家稱之為金屬性），相對於恆星在銀河系中的位置，天文學家發現，或許令人驚訝的是，只要恆星靠近銀河系的平面並且離中心不太近或太遠，就會像太陽系（地球）一樣或多或少。假設需要跨越一定的臨界值以使生命成為可能，重元素的正確平衡實際上是在今天創建銀河系中大多數恆星中找到的。

恆星位於銀河系中的位置與它們金屬度或重元素的存在之間的關係。銀河系中心盤約3000光年內的恆星，在數萬光年的距離範圍內，具有極其類似太陽系的豐富元素。圖片：Zeljko Ivezic /華盛頓大學/ SDSS-II協作

儘管如此，還是應該有條件過於暴力以至於不能支持生命的地方。一顆太大的恆星，可能超過太陽的50％，不會活得足夠長（恆星生命周期），以達到它在地球上達到的複雜程度。一個有生命星球太接近暴力災難性事件（就像超新星或伽馬射線爆發一樣）可能會使生命滅絕，儘管這是有爭議的，因為生命有可能存活下來。而一個恆星密度過大的地方，就意味著一個行星可能會從其自身的恆星系中被逐出，或者軌道會受到災難性的干擾。在地球所在的地方，這種幾率非常低，但在銀河系中心將會大大增加。

在星系的中心，存在恆星，氣體，塵埃和（正如我們現在所知）的黑洞，所有這些黑洞都與銀河系中的超大質量中心相互作用。這裡的成員不僅對彎曲的空間作出反應，它們自身也會彎曲空間，引力相互作用以及被「彈射」的恆星和行星非常普遍。圖片：ESO/MPE/Marc Schartmann

為了讓生命在數十億年的時間內取得成功，科學家認為生命需要三個主要因素：生命誕生，如地球生命條件下保持足夠的穩定性，並避免導致100％的事件滅絕。很容易想像一科行星，比如火星，也許是生命開始的地方。但是，如果行星條件改變使其不適合生命，或者如果發生災難導致每個生物滅絕，就不可能擁有類似地球的行星。

整個銀河系和整個宇宙都會發生災變事件，從超新星到活躍的黑洞，再到合併中子星等等。這些可能會使一些星球的境在行星上變得苛刻，這些行星可能會有生命，但要完全排除這種可能性需要一些超出我們目前所知道證據。圖片：J. Wise/Georgia Institute of Technology and J. Regan/Dublin City University

然而對於所有這些，可能性只是針對最密集和最稀疏的銀河系環境。銀河系中心周圍是年輕的大質量恆星，生命受到的威脅最大；最稀疏的銀河系「郊區」是生命很可能是不可能從一開始就開始的地方。就我們所知，一旦生命開始於一個星球，並開始進入行星的表面之下，它就很難被消滅。

可以很肯定的說：自地球生命誕生以來在地球上所擁有的條件已經導致生物圈蓬勃發展，但推測，非常不同的條件仍可能導致類似的結果。在生命的宇宙方程式中，即使在極其多樣化的環境中也不要賭注生命的繁榮和生存。畢竟，熱帶雨林，熱液噴口和南極洲的雪都充滿了生機（有生命）。一個外星球可能不適合人類，但它可能適合在那裡生長的外星生命。

博科園-科學科普｜文：Ethan Siegel/Forbes Science/S.W.A.B

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